(57)【要約】【課題】  簡便に作製することがで、光ファイバなど他の光学デバイスと少ない結合損失で結合可能な導波路デバイスを提供する。【解決手段】  基板上に、少なくとも、下部クラッド層と、光導波路コアと、上部クラッド層とを有する導波路デバイスにおいて、前記光導波路のコア端面の中心、又は前記光導波路のコア端面を中心として前記下部クラッド層と前記上部クラッド層を含む端面の中心に向かう凹面となるように凹面状加工を施したことを特徴とする導波路デバイス、及び該導波路デバイスと、光ファイバとを結合してなる導波路モジュールであって、前記導波路デバイスの端面と光ファイバの端面との距離が、３〜１５μｍであり、かつ前記導波路デバイスの光導波路コアにおける実効屈折率（ｎ1）の前記導波路デバイスと光ファイバとの間隙における屈折率（ｎ2）に対する比（ｎ1／ｎ2）が１．００５以上であることを特徴とする導波路モジュールである。【選択図】  図１
2007025439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも、下部クラッド層と、光導波路コアと、上部クラッド層とを有する導波路デバイスにおいて、
前記光導波路のコア端面の中心、又は前記光導波路のコア端面を中心として前記下部クラッド層と前記上部クラッド層を含む端面の中心に向かう凹面となるように凹面状加工を施したことを特徴とする導波路デバイス。
【請求項２】
前記凹面状加工が、少なくとも、前記光導波路コアにおける光の閉じ込めが強い方向に凹面となる傾斜面が存在するように施されていることを特徴とする請求項１に記載の導波路デバイス。
【請求項３】
前記光導波路コアがシングルモード光導波路コアであることを特徴とする請求項１または２に記載の導波路デバイス。
【請求項４】
少なくとも、基板の外側面、前記基板と前記下部クラッド層との間、又は前記上部クラッド層の外側面のいずれかに電気配線を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の導波路デバイス。
【請求項５】
前記凹面状加工は、前記凹面が多角形、あるいは円弧状の形状を組合せて構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の導波路デバイス。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の導波路デバイスと、光ファイバとを結合してなる導波路モジュールであって、
前記導波路デバイスの端面と光ファイバの端面との距離が、３〜１５μｍであり、かつ前記導波路デバイスの光導波路コアにおける実効屈折率（ｎ1）の前記導波路デバイスと光ファイバとの間隙における屈折率（ｎ2）に対する比（ｎ1／ｎ2）が１．００５以上であることを特徴とする導波路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報通信などに用いられる導波路デバイス及び導波路モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
情報化社会の進展は著しく、特に最近では動画をはじめとする大容量の情報が企業間だけでなく個人の間でも頻繁にやり取りされるようになり、現在利用されている１０Ｇｂｓ程度の通信速度は限界に近づいている。そのため、４０Ｇｂｓ、あるいはそれ以上の速度を有する情報通信技術について研究がなされてきた。
【０００３】
さて、大容量高速通信を支える技術の一つに、光通信技術がある。光通信に用いられるデバイスとしては、光ファイバをはじめとして、光スイッチ素子、光変調器やルーターなどの様々な導波路デバイスがあり、これらのデバイスを組み合わせることにより、様々な機能を有する光回路が作製される。特に、光スイッチ素子や光変調器などの能動型光素子は、電場によって屈折率が変化する「電気光学効果」を有する非線形光学材料がしばしば使用されている。
【０００４】
電気光学効果を利用する導波路デバイスは一般に、電極を有する基板と、電極上に形成された下部クラッド層と、下部クラッド層上に形成された電気光学効果を有する導波路層と、導波路層上に形成された上部クラッド層と、上部クラッド層上に形成された上部電極とからなる。電気光学効果を利用する導波路デバイスを低電圧且つ高速で駆動させるには、導波路層にかかる電場をできるだけ大きくする必要がある。そのため、電極は導波路部よりも低い屈折率を有するクラッド層を挟んだ導波路の直上や直下、あるいは導波路に沿った近傍に設けられる。さらに、導波路にかかる電場を大きくするために、クラッド層と導波路層の屈折率差を大きくして、電極間方向での導波路層への光の閉じ込めを強くし、クラッド層や導波路層の厚さを薄くするような設計がなされる。
【０００５】
一方、光学的特性から見れば、導波路デバイスと光ファイバのモードフィールド形状を同じにしたいという要望がある。導波路デバイス間のモードフィールド形状が大きく異なると、両者の間における結合損失が増大してしまうことが見出されている。中でも、光ファイバはモードフィールド形状が大きく、導波路デバイスとの結合損失は大きくなりやすい。特に、通信速度が増加すればするほど、1ビットあたりの光子数が減少し、伝送される情報のエラーレートが増加する。従って、少ない結合損失で導波路デバイスと光ファイバとを接続するためには、クラッド層と導波路層との屈折率差を小さくし、クラッド層や導波路層の厚さを厚くするような設計がなされる。
このように、駆動特性と光学的特性はトレードオフの関係にあり、これらを両立させるために、モードフィールド形状を変換する様々な方法が開発されている。
【０００６】
例えば、導波路デバイス間にレンズを挿入し、幾何光学的にモードフィールド形状を変換する手法がある。すなわち、導波路デバイス間に挿入されたレンズが、射出される光のモードフィールド形状を入射側のデバイスに最適なモードフィールド形状を変換するというものである。
【０００７】
また、光ファイバについて言えば、光ファイバの先端を球面加工して先球加工部を形成することにより、光ファイバと半導体光素子（半導体レーザ、発光ダイオード、受光素子など）との結合効率を高める先球光ファイバが開発されている。例えば、特許文献１には、光ファイバ端面のコアの略端面部に酸化膜を形成する光ファイバの端面加工法が報告されている。
【０００８】
導波路デバイスの端面を加工する手法も種々報告されている。例えば、特許文献２には、導波路デバイスの端面を基板と同じ面方向に多角形、あるいは円弧状に加工することで、射出されるビームを集光、モードフィールド形状の変換を行い、結合損失を低減させる手法が提案されている。また、特許文献３には、導波路層とクラッド層の屈折率差を導波路端面に向けて段階的に減少させると、ビームのモードフィールド形状が徐々に大きくなるように変換され、低損失で導波路デバイス間の光結合を行うことができることが報告されている。この他、特許文献４の報告によれば、導波路層の上に導波路層に比べて屈折率の低い、端面に向かってテーパ状に厚みが増大する構造体を設けると、基板面垂直方向にモードフィールド形状が大きくなり、光ファイバとの結合損失が低減される。
【０００９】
しかしながら、上述した手法はいずれも結合損失を低減させるには有効な手段であるが、それぞれの手法には問題点が存在する。
【００１０】
先ず、レンズを挿入することで結合損失を低減させる手法は、実装の際、光軸合わせがレンズ一つにつき２箇所必要になるほか、さらにレンズ表面における反射の問題も生じてしまう。
【００１１】
先球光ファイバは先球形状によって光ファイバと半導体光素子との結合効率が大幅に変わるため、精密な形状制御を必要とする。しかし、現状のエッチング技術やアーク放電加工、研磨加工などの技術などを用いてもその制御性は良くない。そのため歩留りは悪く、加工コストも高い。また、端面に酸化被膜を形成する手法は、加工性などの問題は解決されているものの、酸化被膜を形成するのに２００℃以上の高温を要するため、無機材料を用いる導波路デバイスの導波路端面でしか利用できないという問題がある。
【００１２】
次に、導波路デバイスを加工する手法であるが、端面を面方向に多角形、あるいは円弧状に加工する特許文献２に記載の方法は、実施するためにマスクパターンの変更を要するなど、コストなどの面から簡便には行えない。また、一般に基板と垂直方向に光の閉じ込めを強くする能動型光素子に対しては、その効果は小さい。続いて、導波路層とクラッド層の屈折率差を段階的に変化させる特許文献３に記載の方法は、結合損失を少なくすることが可能ではあるが、結合損失を小さくしようとすればするほど、プロセス工数とコストが増加するという問題がある。次に、テーパ状の構造体を設ける特許文献４に記載の手法は、構造体に用いる材料の選定、同材料と導波路層との接着性の問題がある。また、テーパ状構造体の表面を平滑な表面に加工することは困難であり、該構造体表面において光の散乱による損失が生じ、逆に結合損失が増加してしまうことがある。
【特許文献１】特開平５−１５７９３５号公報
【特許文献２】特開２００２−３２８２４５号公報
【特許文献３】特開２００３−２０７６８４号公報
【特許文献４】特開２００２−３５０６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。すなわち、
本発明の目的は、簡便に作製することがで、光ファイバなどの他の光学デバイスと少ない結合損失で結合可能な導波路デバイス、及び該導波路デバイスと光ファイバとを結合した導波路モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するための手段は以下の通りである。すなわち、
＜１＞  基板上に、少なくとも、下部クラッド層と、光導波路コアと、上部クラッド層とを有する導波路デバイスにおいて、前記光導波路のコア端面の中心、又は前記光導波路のコア端面を中心として前記下部クラッド層と前記上部クラッド層を含む端面の中心に向かう凹面となるように凹面状加工を施したことを特徴とする導波路デバイスである。
【００１５】
＜２＞  前記凹面状加工が、少なくとも、前記光導波路コアにおける光の閉じ込めが強い方向に凹面となる傾斜面が存在するように施されていることを特徴とする前記＜１＞に記載の導波路デバイスである。
【００１６】
＜３＞  前記光導波路コアがシングルモード光導波路コアであることを特徴とする前記＜１＞または＜２＞に記載の導波路デバイスである。
【００１７】
＜４＞  少なくとも、基板の外側面、前記基板と前記下部クラッド層との間、又は前記上部クラッド層の外側面のいずれかに電気配線を有することを特徴とする前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の導波路デバイスである。
【００１８】
＜５＞  前記凹面状加工は、前記凹面が多角形、あるいは円弧状の形状を組合せて構成されていることを特徴とする前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の導波路デバイスである。
【００１９】
＜６＞  前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の導波路デバイスと、光ファイバとを結合してなる導波路モジュールであって、前記導波路デバイスの端面と光ファイバの端面との距離が、３〜１５μｍであり、かつ前記導波路デバイスの光導波路コアにおける実効屈折率（ｎ1）の前記導波路デバイスと光ファイバとの間隙における屈折率（ｎ2）に対する比（ｎ1／ｎ2）が１．００５以上であることを特徴とする導波路モジュールである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、低損失で導波路デバイスと他の光学素子と結合可能な導波路デバイスを提供することができる。特に、モードフィールド形状を大きくするために光の閉じ込めを弱くして、クラッドや導波路層の膜厚を厚くする必要がないため、導波路デバイスの駆動特性を低下させることもない。また、研磨等の簡便な手段により端面を凹面状に加工したデバイスを作製できるため、部品点数やプロセス工程の追加によるコスト増加の心配がない。
また、本発明によれば、導波路デバイスと光ファイバとの結合損失が低く、端面間距離の変化に対する結合損失のばらつきが小さな導波路モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の導波路デバイスは、基板上に、少なくとも、下部クラッド層と、光導波路コアと、上部クラッド層とを有する導波路デバイスにおいて、前記光導波路のコア端面の中心、又は前記光導波路のコア端面を中心として前記下部クラッド層と前記上部クラッド層を含む端面の中心に向かう凹面となるように凹面状加工を施したことを特徴としている。
また、本発明の導波路モジュールは、本発明の導波路デバイスと、光ファイバとを結合してなる導波路モジュールであって、前記導波路デバイスの端面と光ファイバの端面との距離が、３〜１５μｍであり、前記導波路デバイスの光導波路コアにおける実効屈折率の前記導波路デバイスと光ファイバとの間隙における屈折率に対する比が１．００５以上であることを特徴としている。
先ず、本発明に用いる導波路デバイスの材料について述べる。
［基板］
本発明に用いる基板は特に限定されないが、平坦性に優れたものが好ましい。例えば、金属基板、シリコン基板、透明基板等が挙げられ、導波路型光変調素子の形態によって適宜選択可能である。金属基板の好ましい例としては、金、銀、銅、アルミニウム等の基板が挙げられ、透明基板の好ましい例としては、石英、ガラス、プラスチック（ポリエチレンテレフタレート等）等の基板が挙げられる。
【００２２】
［下部電極］
必要に応じて、基板の外側面、又は基板上に下部電極（電気配線）を形成する。下部電極は金属蒸着層、透明電極層等であってよい。蒸着する金属の好ましい例としては、金、銀、銅、アルミニウム等が挙げられる。また、透明電極層の好ましい例としては、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープスズ酸化物(ＦＴＯ)、アンチモンドープスズ酸化物等が挙げられる。基板は下部電極を兼ねていてもよい。
【００２３】
［下部クラッド層］
基板、あるいは下部電極上に下部クラッド層が形成される。下部クラッド層を形成する材料は特に限定されない。無機材料では、ガラスや半導体のほか、金属酸化物を用いることができ、中でも大きな電気光学定数を有するニオブ酸リチウムなどの電気光学結晶がよく用いられる。また、下部クラッド層自身が基板の役割を兼ねても良い。有機材料ではポリイミド、フッ素化ポリイミドの他、光硬化性のアクリル樹脂やエポキシ樹脂が好ましい例として挙げられる。
【００２４】
［光導波路コア］
光導波路コアは、下部クラッド層や上部クラッド層よりも屈折率が高ければ、いかなる材料を用いても構わない。無機材料では、半導体のほか、ガラスや金属酸化物に陽イオンを拡散させたものを利用するが、よく知られている例としては電気光学結晶であるニオブ酸リチウムにチタンを拡散させたものがある。有機材料では、ポリイミドなどのポリマーが良く、中でも光の伝搬損失が少ないフッ素化ポリイミドが好適とされている。また、必要に応じて、ポリマー中に非線形光学材料を分散させたり、ポリマーの側鎖や主鎖に非線形光学効果を有する材料を用いたりしても良く、場合によっては特開２００４−１０９４５７号公報に報告されているように、ＤＡＳＴ（4-N,N-dimethylamino-4'-N-methylstilbazolium tosylate）などの非線形光学材料そのものを光導波路コアとしてもよい。Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗｓ，Ｖｏｌ.９４  Ｎｏ.１  ３１頁（１９９４）によれば、非線形光学材料をポリマー中に分散させて導波路層として用いる場合には、デバイスの長期信頼性の観点からポリマーのガラス転移点が２００℃以上のものを選ぶことが望ましい。
【００２５】
［導波路］
導波路としては光波工学（コロナ社、１９８８年発行）、第１０７章、２０４頁に記載されている周知の導波路、例えば分岐導波路型、マッハツェンダー型、方向性結合器型、交差導波路型等を採用できる。中でも分岐導波路型、マッハツェンダー型及び方向性結合器型が好ましい。
【００２６】
［上部クラッド層］
光導波路コアの上に作製される上部クラッド層としては、光導波路コアよりも屈折率の低い材料であれば、材料の性状は問わない。また、機械的強度や光学的特性等を鑑みて、必要がなければ上部クラッド層を必ずしも設ける必要はない。無機材料としては二酸化珪素などの材料が一般に用いられており、有機材料としてはポリイミドをはじめとするポリマー、中でもフッ素化ポリイミドが好適とされている。
【００２７】
［上部電極］
上部クラッド層上の全面、あるいは一部には、必要に応じて上部電極（電気配線）を配する。上部電極を形成する材料は下部電極と同様、特に限定されない。例えば、金属であれば、金、銀、銅、アルミニウム等を用いることができる。上部電極はこれらの材料を蒸着した電極であることが好ましい。
【００２８】
次に、導波路デバイスの作製手順について説明するが、無機材料を用いる導波路デバイスの作製手順は、光集積回路（応用物理学会編、朝倉書店）に詳しく記載されている。無機材料を用いる導波路デバイスの作製手順は電気光学結晶や半導体などの材料により大きく異なるため、チタン拡散ニオブ酸リチウムの導波路デバイス作製法を簡略に述べるにとどめる。
【００２９】
最初の工程として、Ｚカットニオブ酸リチウム結晶基板に、チタン拡散導波路及び保護層（二酸化珪素）を形成する。具体的には、レジストパターンを形成し、チタンをスパッタ成膜し、リストオフし、チタンを熱拡散し、二酸化珪素をスパッタ成膜する。チタンを成膜する手段は、蒸着などの一般に知られているものであれば、スパッタ以外のいかなる手法を用いても構わない。
【００３０】
導波路等が形成されると、次の工程において電極を形成する。この工程では、クロムを電子ビーム蒸着した後に、アルミニウムを電子ビーム蒸着する。上述したように、形成される電極は、アルミニウムやクロム等の材料だけに限定されるものではなく、作製手段も蒸着以外の方法で形成されても良い。また、電極形成の手段としては、公知の方法、例えば電子ビーム蒸着法、フラッシュ蒸着法、イオン・プレーティング法、ＲＦ（高周波）−マグネトロン・スパッタリング法、ＤＣ（直流）−マグネトロン・スパッタリング法、イオン・ビーム・スパッタリング法、レーザー・アブレーション法、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル法）、ＣＶＤ（気相成長法）、プラズマＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ（有機気相成長法）などより選ばれる気相成長法、またはゾルゲル法、ＭＯＤ法などのウエット・プロセスによって、導波路層表面もしくはバッファ層表面から薄膜成長を行うことができる。
最後に、導波路端面を研磨やへき開により、端面を平滑化することで完成する。
【００３１】
続いて、有機材料を用いる導波路デバイスの作製手順について述べる。
シリコン等からなる基板に電子線蒸着等により金属蒸着層、透明電極層等の導電層を設けて下部電極層を形成する。この工程は、必要がなければ省略してもよい。次に下部電極、あるいは基板上に下部クラッド層を形成する。高分子薄膜を形成する場合には、高分子薄膜の材料そのものを塗布して乾燥する方法、高分子前駆体を塗布し、光照射や加熱などから適切な条件を選んで高分子化させる方法等を採用できる。塗布法としては周知の手法、例えばカーテンコーティング法、押し出しコーティング法、ロールコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、バーコーティング法、スプレーコーティング法、スライドコーティング法、印刷コーティング法等を採用でき、特にスピンコーティング法が好ましい。
【００３２】
続いて、下部クラッド層上に光導波路コアを形成する。光導波路コアとして高分子薄膜を形成する場合には、下部クラッド層と同様の手法を用いることができる。パターニング形成には、例えばフォトリソグラフィをはじめとする公知の手法を用いることができる。また、下部クラッド層にパターニングをし、光導波路コア材料を塗布・硬化させることで導波路を形成してもよい。
【００３３】
光導波路コア、及び下部クラッド層の上には、高分子薄膜からなる上部クラッド層を形成する。上部クラッド層を形成する材料及び方法は下部クラッド層を形成する場合と同じでもよい。
【００３４】
さらに、上部クラッド層上に必要に応じて上部電極を形成する。上部電極は、まず上部クラッド層上に熱、又は電子線で金属を蒸着して上部電極層を形成し、次に上部電極層をパターンニングして所望の形状に形成する。パターニングには、フォトリソグラフィに続くリフトオフ等の周知の手法を採用できる。
【００３５】
最後に、基板ごと切断やへき開によってウェハーからチップを切出すことで導波路デバイスが得られる。
【００３６】
以上、有機材料を用いる導波路デバイスの作製手法を述べたが、導波路層に非線形光学材料を配した場合には、導波路層作製以降の工程において非線形光学材料の配向を揃えるためにポーリング処理を行う。ポーリング処理の手段としては、導波路層を構成する材料のガラス転移点（Ｔｇ）付近まで温度を上げた状態で、直流電場を印加する方法やコロナ放電を利用する方法等を採用することができる。
【００３７】
続いて、上述のようにして作製された導波路デバイスの光導波路コア端面のみ、又は光導波路コア端面を中心とした各層の端面に研磨等により光導波路のコア端面の中心、又は光導波路のコア端面を中心として下部クラッド層と上部クラッド層を含む端面の中心に向かう凹面となるように凹面状加工を施す。このことは、即ち、凹面状端面の中心に向かうにしたがって、徐々に導波路コアの端面が奥まっていくことを意味し、途中で光の出射方向に向かって凸状になっていないということを言うものである。この凹面状加工により、光導波路コアから出射する光のモードフィールド形状が大きく広がるようになり、光ファイバーのモードフィールド形状に近くなる。従って、光ファイバーを結合させたとき、結合損失を軽減することができる。
【００３８】
上記凹面状加工は、少なくとも、光導波路コアにおける光の閉じ込めが強い方向に凹面となる傾斜面が存在するように施すことが、本発明の効果をより効率的に発揮することができる観点から好ましい。
【００３９】
また、凹面状端面の形状は、導波路あるいは導波路を中心とする近傍の中心に向かう凹面となるように多角形、あるいは円弧状の形状を組合せて構成する。ちなみに、凹面状端面の形状は、双曲線、楕円面をはじめとするＮ次曲面であってもよい。
【００４０】
図１に、凹面状加工の例を３例示す。図１は、本発明を適用した導波路デバイスを真横から見た模式図であり、導波路デバイス１０Ａ〜１０Ｃは、基板１２上に、下部クラッド層１４、光導波路コア１６、上部クラッド層１８を有する。図１（Ａ）は、基板１２の端面と、下部クラッド層１４の端面と、光導波路コア１６の端面と、上部クラッド層１８の端面とからなる面に凹面状加工を施した例であり、同（Ｂ）は、下部クラッド層１４の端面と、光導波路コア１６の端面と、上部クラッド層の端面とからなる面に凹面状加工を施した例であり、同（Ｃ）は、光導波路コア１６の端面のみに凹面状加工を施した例である。以上の例が光の閉じ込めが強い方向に凹面状加工を施した例である。いずれの例においても、光導波路コアに凹面状加工が施されており、既述の本発明の効果を発揮する。
【００４１】
また、図２に、凹面状加工の別の例を２例示す。図２は、本発明を適用した導波路デバイスを真上から見た模式図であり、図２において、図１と同じ構成要素には同じ符合を付して説明を省略する。図２（Ａ）及び（Ｂ）のいずれも、光の閉じ込めが強い方向とは直行する方向に凹面状加工を施した例である。図２（Ａ）は、光の閉じ込めが強い方向とは直行する方向において、導波路デバイスの端面全体に凹面状加工を施した例であり、同（Ｂ）は、同方向において、光導波路コア１６が位置する端面のみに凹面状加工を施した例である。
【００４２】
以上の本発明の導波路デバイスは、前記光導波路コアがシングルモード光導波路コアであることが本発明の効果を最も発揮し得る。
【００４３】
最後に、光導波路デバイスと光ファイバとを接続し、本発明の導波路モジュールを得る。図３は、光導波路コア１０と光ファイバ２０とを接続した様子を模式的に示す図である。光ファイバ２０は、コア２２をクラッド層２４が取り囲む構成であり、導波路モジュール１０の光導波路コア１６から出射した光は、端面の凹面状加工によりモードフィールドが広がり、光ファイバ２０のコア２２に入射する。
【００４４】
本発明の導波路モジュールにおいて、導波路デバイスと光ファイバの各端面間の距離は、３〜１５μｍであり、好ましくは、３〜１０μｍであり、より好ましくは４〜８μｍである。ここで、導波路デバイスの端面とは、光の導波方向に対して垂直で、且つ導波路コアが最も突出した点を含む平面を意味するものである。導波路デバイスと光ファイバとの端面間距離が３μｍ未満では、本発明による効果が得難くなる。逆に、該端面間距離が１５μｍ以上離れてしまうと、導波路デバイスと光ファイバを接続させるために用いる接着剤の硬化時における歪みや光吸収による光学特性低下のほか、接着剤硬化時の収縮による起こる内部応力の増大により光ファイバが外れやすくなるなど問題がある。また、筐体等に導波路デバイスを収める場合にも、導波路デバイスや筐体の熱膨張によるアライメントずれの影響が大きくなってしまう。
【００４５】
また、本発明の導波路モジュールにおいては、前記端面間距離が前記範囲内であることとき、前記導波路デバイスの光導波路コアにおける実効屈折率（ｎ1）の前記導波路デバイスと光ファイバとの間隙における屈折率（ｎ2）に対する比（ｎ1／ｎ2）が１．００５以上であるという条件を満足する必要がある。特に、光ファイバとの接続に接着剤を用いる場合は、導波路端面での反射による結合損失の増加を抑えるためである。
【００４６】
また、前記屈折率比が大きいほど少ない加工量で本発明の効果を得ることができるが、屈折率比が大きすぎると、反射などによる結合損失が増加したり、デバイス作成時に極めて高い加工精度が必要とされて歩留まりが悪くなったりするため、屈折率比を、光導波路コアが有機材料では１．７以下に、無機材料では２．７以下に抑えることが望ましい。言うまでもないことだが、例えば半導体導波路デバイスのような屈折率の高い導波路デバイスであっても、導波路デバイスと光ファイバとの間にマッチングオイルや適当な屈折率を有する接着剤を挟むことによって、屈折率比を調整することが可能である。
このとき、凹面状端面の切込角度や導波路デバイスと光ファイバとの端面間距離は、本発明の効果を損なわない範囲内において自由に設計してよい。例えば、ある特定の端面間距離で最良の特性を得ようとするならば、端面間距離に応じて凹面状端面を形成すればよい。逆に、適当な形状に凹面状端面を形成することで、端面間距離のバラツキによる結合損失の増加を抑えることができる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例に沿ってさらに具体的に説明する。実施例として、実際にマッハツェンダー型光変調器を作成した例を挙げる。言うまでもないが、本発明の係る導波路デバイスは本実施例によって限定されるものではない。
【００４８】
［実施例１］
下部電極として金をスパッタしたシリコン基板上に、下部クラッド層として屈折率１．５１の紫外線硬化樹脂を塗布し、紫外線を照射して樹脂を硬化させた。続いて、Ｄｉｓｐｅｒｓｅ  Ｒｅｄ１を分散させた屈折率１．５９の樹脂を塗布、硬化させた層（以下、導波層と呼ぶ。）を形成し、フォトリソグラフィに続くエッチングにより光導波路コアを形成した。導波層層の膜厚は１．７μmであり、リッジ高さは０．４μｍ、幅は５μｍであった。光導波路コア上に上部クラッド層として下部クラッド層に用いた紫外線硬化樹脂を塗布し、硬化させた。上部電極をフォトリソグラフィに続くリフトオフによって作製し、切断でウェハーからチップを切出すことで導波路デバイスを作製した。作製した導波路デバイスは、変調器として動作することを確認した。本実施例の導波路デバイスについて、周知の導波路設計手法により計算したところ、基板と垂直方向に光の閉じ込めが強いことが分かった。
【００４９】
続いて、基板と垂直方向、すなわち基板を真横から見て凹面状に研磨し（凹面状加工）、ＳＭ（シングルモード）ファイバと調芯し、導波路モジュールを得た。この時、導波路デバイスとＳＭファイバの端面間の距離は５μｍとした。導波路デバイスの光導波路コア部分の切込角度と結合損失との関係を図４に示す。
ここで、切込角度について図５において示す。図５は、本発明を適用した導波路デバイス１０の模式断面図である。導波路デバイス１０は、基板１２上に、下部クラッド層１４、光導波路コア１６、上部クラッド層１８を有し、光導波路コア１６の端面に凹面状加工が施されていて、凹面１６Ａが形成されている。図５においては、光導波路コア１６の端面を拡大して示している（図５の円内）。前記切込角度は、図５において円内で示す角度θである。
図４から、導波路デバイス端面の光導波路コア部分の切込角度を３５度とした時に、０．２ｄＢと最も低損失でＳＭファイバと接続することができたことが分かる。
【００５０】
［比較例１］
実施例１と同様にして導波路デバイス（凹面状加工前）を作製し、端面を凹面状に加工しなかった。本例における結合損失は２．６ｄＢであった。このことは、実施例１のように凹面状加工を施すことで、結合損失が２．４ｄＢ改善できたことを示している。
【００５１】
［実施例２］
実施例１と同様にして作製された導波路デバイス（凹面状加工前）に、光の閉じ込めの強い方向、すなわち基板を真横から見て凹面状に加工し、ＳＭファイバを調芯した後、屈折率１．５４の透明な光硬化性接着剤で結合させた。この時、導波路デバイスとＳＭファイバの端面間の距離は５μｍとした。導波路デバイスの光導波路コア部分の切込角度と結合損失（Ｌｏｓｓ）との関係を図６に示す。導波路デバイス端面の光導波路コア部分の切込角度を７５度とした時に、１．２ｄＢと最も低損失でＳＭファイバと導波路デバイスを接続でき、１．４ｄＢの結合損失を改善することができた。
【００５２】
［実施例３］
実施例１と同様にして作製された導波路デバイス（凹面状加工前）に、光の閉じ込めの弱い方向、すなわち基板を真上から見て凹面状に加工し、ＳＭファイバを調芯した後、透明な光硬化性接着剤で結合させた。このとき、導波路デバイスとＳＭファイバの端面間の距離は５μｍとした。導波路デバイス端面の導波路部分の切込角度を７５度とした時に、２．５ｄＢの結合損失でＳＭファイバと導波路デバイスを接続でき、切込みを加えない状態と比べて０.１ｄＢの結合損失を改善することができた。実施例１と比較して改善の程度は低いものの、本例のように導波路端面を加工しても結合損失を低減できることが見出された。
【００５３】
［実施例４］
実施例１と同様にして作製された導波路デバイス（凹面状加工前）に、基板を平行、及び垂直方向から見て端面を凹面状に加工し、ＳＭファイバを調芯した後、導波路デバイスと光ファイバとの端面間距離を５μｍとして、透明な光硬化性接着剤で結合させた。このとき、基板を真上から見た時の切込角度をおよそ１０度、真横から見た切込角度を７５度とした。このときの、結合損失は１．１ｄＢであった。一方、真上から見た方向からは凹面状に加工せず、真横から見た切込角度のみを７５度とした場合の結合損失は１.４ｄＢであり、真上と真横から見て凹面状に切込みを入れることで、更に高い効果が得られることを確かめた。
【００５４】
［比較例２］
実施例１と同様にして導波路デバイス（凹面状加工前）を作製し、該導波路デバイスの導波路部端面を、基板を真横から見て概ね凹面状であるが、中心付近が凸面となるように導波路部分を加工した。このようにして得られた導波路デバイスとＳＭファイバとの調芯を試みたところ、結合損失は５.０ｄＢと大幅に増加し、光を効率よく挿入することはできなかった。
【００５５】
［実施例５］
実施例１と同様にして作製した導波路デバイス（凹面状加工前）の光導波路コア端面を、基板を真横から見て該端面で導波光が反射しない限り深い切込角度の凹面状に加工し、ＳＭファイバと調芯した。このとき、導波路デバイスとＳＭファイバとの端面間を変化させるとともに、該端面間には、様々な屈折率を有する液体で満たした。満たした液体の屈折率に対する光導波路コアの屈折率の比と端面間距離（最適距離）との関係を図７にてグラフで示す。導波路デバイスと光ファイバの間隙に対する導波路デバイスの導波路層の屈折率比が１．００５の時に、１５μｍの端面間距離で結合損失を最小にできることが分かる。
【００５６】
［実施例６］
実施例１と同様にして作製した導波路デバイス（凹面状加工前）の光導波路コア端面を、基板を真横から見て該端面で切込角度を３０度として凹面状に加工し、ＳＭファイバと調芯した。このとき、導波路デバイスとＳＭファイバとの端面間は空気とした。端面間距離と結合損失との関係を図８にてグラフで示す。端面間距離が７〜１０μｍの範囲で結合損失が０.４ｄＢ程度であり、ファイバ間距離の変化に対する結合損失のばらつきが小さくなっていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の導波路デバイスの凹面状加工を施した例を示す模式断面図であり、それぞれ（Ａ）基板と、下部クラッド層と、光導波路と、上部クラッド層との各端面からなる面に施した例であり、（Ｂ）下部クラッド層と、光導波路コアと、上部クラッド層の各端面からなる面に凹面状加工を施した例であり、（Ｃ）光導波路コア端面のみに施した例である。
【図２】本発明の導波路デバイスを真上から見た模式図であり、（Ａ）導波路デバイスの端面全体に凹面状加工を施した例であり、（Ｂ）光導波路コアが位置する端面のみに凹面状加工を施した例である。
【図３】本発明の導波路デバイスから出射する光のモードフィールド形状が変換され、効率よく光ファイバに入射する様子を模式的に示した図である。
【図４】光導波路コアにおける実効屈折率の前記導波路デバイスと光ファイバとの間隙における屈折率に対する比と、導波路デバイス及び光ファイバの各端面間距離との関係をグラフで示す図である。
【図５】凹面状加工における切込角度について説明する図である。
【図６】実施例２における、導波路デバイスの光導波路コア部分の切込角度と結合損失との関係をグラフで示す図である。
【図７】実施例５における、導波路デバイスの光導波路コア部分の切込角度と結合損失との関係をグラフで示す図である。
【図８】実施例６における導波路デバイス及び光ファイバの各端面間距離と結合損失との関係をグラフで示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  導波路デバイス
１２  基板
１４  下部クラッド層
１６  光導波路コア
１８  上部クラッド層
２０  光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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